基于嵌入式组件技术的精准农业农田信息采集系统的设计与实现

基于精确地理位置的农田信息采集是实施精准农业的基础工作。介绍了一种基于掌上电脑和DGPS/背夹式GPS设备的农田信息采集系统的开发过程。该系统在Microsoft eMbedded Visual C++ 3.0集成开发环境下,采用嵌入式GIS开发组件,实现了掌上电脑环境下GPS、GIS功能的集成。系统由GPS实时通讯和数据处理模块、基于WinCE的基本GIS功能模块和农田信息采集功能模块等组成模块,能够实现与DGPS设备或背夹式GPS设备的实时通讯和定位数据的解析,实现了矢量农田地理信息的显示、操作、查询等基本GIS功能,同时,系统能够采集农田地物分布和多种影响作物生长的环境差异性信息。该文还介绍了使用Microsoft数据库访问组件对象ADOCE对Pocket Access数据库的操作方法,实现了对嵌入式农田信息采集系统中农田信息的有效管理。     

基于GPS的农田多源信息采集系统的研究与开发

及时准确地获取农田小区影响作物生长的环境因素多源时空差异性信息，是实施精准农业的关键步骤。研究开发基于DGPS及便携式GPS的农田信息采集软件，集成较为成熟的田间信息采集传感器硬件，能够采集田间地物分布、作物生育期苗情状态、杂草分布、病虫害发生情况、土壤肥力等多种基于精确空间位置的实时动态信息，包括数字照片和数字视频等多媒体属性信息。使空间定位、属性记录和导航实施过程相结合，初步实现了农田信息获取的自动化。     

集成GPS和GIS技术的变量灌溉控制系统(英)

结合中国现实国情，应用先进的单片机、GIS、GPS以及变量控制技术，设计了一种经济实用、先进的变量灌溉控制系统。系统设计采用AT89C51单片机作为系统微处理器， Jupiter GPS OEM二次开发作为GPS接收机，IC卡作为GIS数据传递媒体 ,并根据矢量法提出一种简单快速的田间定位和数据查询算法。灌溉机在田间工作时，系统可从GPS OEM得到位置信息，进行地块识别和位置判断;然后根据位置信息从IC卡的GIS信息中查询土壤属性数据或处方数据，结合机械行走速度、施水幅宽等进行运算，得出某一时刻的灌水量; 最后向控制器发出指令，实现变量节水灌溉。田间和实验室模拟试验结果表明，自行研制的低成本GPS OEM接收机，可获得与Ag GPS132相当的定位精度，控制系统能根据处方图的不同需水量, 通过电磁阀驱动电路得到变化的输出，实现自动变量施水,系统也能根据需水量进行手动灌溉。     

基于ARM7和GPS的农田作业面积测量系统开发

为了实现实时测量农田作业面积的目的,该文基于ARM7和GPS开发了谷物联合收割机作业面积测量系统。优化了存贮器设计、COM口设计、GPS接口电路设计等系统硬件结构,并在C语言环境编写相应的驱动程序。试验结果表明,该系统能达到实时记录工作时间、工作地点、作业面积等信息的目的;同时,该装置不仅适合于规则图形的面积测量,并且对于不规则图形的面积测量也具有较高的精度,平均测量精度为95.2%,可为实时测量农田作业面积提供依据     

一种精确农业自动变量施肥技术及其实施

该文介绍一种自制的实现精确农业自动变量施肥作业的变量施肥系统。该系统基于DGPS卫星定位原理，将GPS、GIS与DDS相结合，进行施肥作业决策，决策的施肥数据写在IC卡上。当施肥机在田间工作时，通过装备在施肥机上的GPS接收的位置数据触发存储在IC卡的施肥决策指令，用该指令通过单片机去控制施肥机上的排肥轴的转速，实现精确农业自动变量施肥作业。田间试验表明，该系统能够实现精确农业意义上的变量施肥作业。     

基于XScale和Linux的精准农业农田信息采集系统设计

针对精准农业对农田信息的采集要求,将农田数据采集与嵌入式技术、GPS和GSM通信技术相结合,以XScalePXA270处理器为核心,并辅以CPLD高精度数据采集电路,设计了一种基于XScale处理器和Linux操作系统的嵌入式农田信息采集系统。系统能将采集的农田信息以GSM短消息的形式发送到数据采集中心,解决了野外信息存储的有限性和移动测量的不便性等问题,为农田信息的远程采集提供一种有效的解决方案。     

基于北斗/GPS的谷物收割机作业综合管理系统

针对在谷物产量测量作业中收割机采用单一的全球定位系统(global positioning system,GPS)进行定位时定位信息不稳定的问题,提出利用具有定位和双向通信功能的北斗/GPS双模用户机,其内部采用北斗(BJ-54)和GPS(WGS-84)2种混合定位方式,将这2种定位方式互补使用,可以解决当使用单一定位情况下定位信息不稳定的问题。利用北斗/GPS双模用户机的定位信息实现谷物收割机行走线路图的测绘;利用北斗卫星的报文通信功能代替全球移动通信系统短信息服务,实现谷物收割机作业数据的远程传输功能。谷物收割机作业综合管理系统包括作业管理中心和车载子系统两部分。车载子系统实现收割机的地理位置、收割面积和谷物质量等数据的采集,然后将采集的数据通过北斗卫星传输给作业管理中心。作业管理中心利用这些数据可以绘制出收割机作业轨迹图和产量分布图,同时作业管理中心也可以向收割机发送作业指令,并通过文本语音转换模块将文本内容转换成语音信号输出,实现作业的综合管理与调度。田间产量测量试验表明,系统测量谷物收割面积相对误差为2.9%,谷物产量相对误差为3.47%,系统运行稳定、可靠。该系统可为南方丘陵山区谷物收割机跨区作业的产量测量、管理提供参考。     

农用车辆自动导航定位方法

农用车辆自动导航技术可有效提高作业精度、实现农田规模化生产。该文以电瓶车为试验平台,使用 RTK DGPS、RTD GPS 和电子罗盘分别采集电瓶车的位置信息和航向角度信息,对农用车辆的导航定位方法进行了研究。试验时,以 RTK DGPS 采集的数据作为标准轨迹。在对试验数据进行空间配准后,采用 Kalman 滤波技术对 RTD GPS 和电子罗盘的数据进行了融合;通过计算综合权重值,对单 GPS 系统和融合系统的性能进行测试与评估,其值分别为 0.006、0.002。由此可知,采用 Kalman 滤波的电子罗盘和 RTD GPS 的组合导航系统,定位精度相对较高,稳定性较好,整体性能优于单 GPS 系统。     

基于CPLD的变量施肥控制系统开发与应用

为提高变量施肥系统的工作稳定性,开发了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的变量施肥控制系统。自动模式下,系统接收GPS信号确定施肥机位置和行进速度;手动模式下,系统通过速度传感器获取速度信号。系统将施肥机的行进速度与施肥处方信息相结合,控制排肥轴转速实现变量施肥。应用该系统进行变量施肥田间作业,累计作业面积达72 hm2。应用结果表明,该系统以150～600 kg/hm2实施变量施肥作业时,其排肥量误差小于6%。     

基于GIS的农田土壤水分状况管理模型及应用

基于GIS开发了土壤水分和土壤电导率的简单专题图及精细专题图模块。简单专题图为运行于农田PDA的嵌入式GIS系统提供采样异常点检查验证;精细专题图为运行于上位机的农田信息处理系统提供信息可视化管理。简单专题图调用GIS组件方法获得并据此建立了采样管理模型;精细专题图中,土壤水分采用克里金插值算法预测的均方根百分比误差（RMSPE）为5.489%;土壤电导率插值模型采用泛克里金算法预测的RMSPE为18.451%。基于精细农田信息专题图,根据特定作物不同生长时期需水量的专家推荐值建立了土壤水分管理模型,利用该模型进行的一次灌溉决策显示,土壤含水率方差从灌溉前的1.9168调整到了灌溉后的0.8906。试验表明,采样管理模型能够指导田间采样,农田水分管理模型能够指导农田灌溉。     

基于GPS和PDA的移动智能农田信息采集系统开发

根据精细农业发展的需要,开发了移动智能农田信息采集系统。系统以掌上电脑(PDA)为平台,集成了ZigBee协调器模块、GPS OEM模块和GPRS模块。ZigBee协调器模块用于管理农田无线传感器网络,通过农田无线传感器网络采集农田信息,应用无线节点进行数据的采集;GPS模块用于采集并管理各采样点的位置信息,并通过虚拟差分站VRS接收GPS位置的差分信息以提高定位精度;GPRS模块用于在申请差分信息和与上位机通讯时建立远程无限网络连接。使用VC语言开发了嵌入式应用模块,实现了无线传感器的农田信息、GPS的     

精准农业农田地理信息系统设计

提出了适合精准农业的农田地理信息系统概念,对FGIS进行了总体设计与功能模块划分,定义了各功能模块应具备的功能,并得出精准施肥作业处方图。     

基于GIS的作物生产管理信息系统

在区域作物生产数据库支持下,以MapInfo5.5为系统开发平台,利用MapBasic和VB程序设计语言,建立区域作物生产管理地理信息系统(CPMGIS),CPMGIS包含信息查询、种植区划、系统预测和精确管理4个子系统,把与区域作物生产有关的农业信息与具体的实物地图相结合进行空间分析处理,并通过相关的模型运算进行作物气候区划、生长预测、栽培管理和作物精确管理方案设计等,并以地图或专题地图、数据表格、图形及文字论述3种形式进行结果输出。     

基于GPS和SMS技术的土壤养分水分速测系统的研究

为了满足精确施肥中对高密度、全面的农田土壤信息采集、数据无线传输和施肥决策的需要,本系统利用计算机技术和无线数传技术(SMS)对GPS、GIS和土壤养分水分速测系统进行有机集成.一方面通过AT891v55单片机,使差分GPS和土壤水分测定仪有机集成,实现土壤采样、水分测定、定位一体化;另一方面研制开发了集成针对石灰性褐土的速测值向常规值转换模型的土壤养分速测仪,并利用BENQ M22 SMS数传模块实现土壤养分速测系统与土壤养分管理决策系统的远程数据通讯和资源共享;同时利用Visual Basic和MapObjects控件集成GIS,实现具有空间属性的土壤养分数据可视化管理和分析处理.     

基于开源Web-GIS的县域土壤信息系统设计

土壤学研究和社会生产实践所积累的大量土壤数据,是生产实践和科学研究的宝贵基础性资料,迫切需要依靠信息技术加强土壤信息的管理和应用。但县域尺度土壤信息系统的构建面临着成本高企、维护困难和性能瓶颈等诸多问题。针对以上问题,该文应用低成本的开源Web GIS平台MapGuide Open Source,以吉林省梨树县为研究区,基于第二次土壤普查数据库和《梨树土壤志》等数据,在Visual Studio.Net环境下设计开发了县域土壤信息系统。该系统设计为一个3层架构的Server/Brower开放应用系统,可通过Internet浏览器访问,增强了土壤信息的共享性;系统浏览器端采用了Fusion灵活网页布局方案,具有良好的灵活性、扩展性和响应速度;系统实现了地图导航、地图服务、要素服务和专题图功能,为县域土壤资源和其他相关地学背景资料的查询和展示提供了方便;系统建立了与Google WMS的动态联系,方便切换底图,扩展了系统的可视化效果。系统后台管理集中在一个管理客户端,使得后期系统维护和升级较为便利。运行结果表明,该系统在开发维护成本和性能上达到了一个较好的均衡,为后续应用系统的进一步扩展奠定了基础。     

基于WebGIS的小麦精准施肥决策系统

为发展小麦精准施肥技术,在测土配方施肥技术基础上,利用Web Services、元数据、空间插值和AJAX技术,结合VS2005、ArcGIS 9.3和SQL Server 2005等软件,在.NET平台上构建了“基于WebGIS的小麦精准施肥决策系统”,系统采用4层架构设计,具有信息查询与定位、施肥决策、处方信息发布与共享等功能;系统定量计算了河南滑县22个乡镇的小麦精准施肥数据,实现了小麦处方信息的Web在线实时决策和发布,以及处方图的制作、生成和发布的半自动化。结果表明,基于元数据的处方图可以脱离GIS平台的限制,实现处方信息的多源和多系统自由共享。     

基于知识模型和PDA的精确农作系统设计及应用

为合理利用农业资源,实现作物生产管理的便携式和数字化。该研究基于课题组已有的作物管理知识模型,结合嵌入式GIS和GPS技术,采用系统工程思想和PDA开发技术,在Microsoft VS.NET 2003环境下构建了基于知识模型和PDA的精确农作系统。系统不仅实现了水稻、小麦、油菜、棉花4大作物的播前（移栽前）栽培方案、适宜指标动态设计,实时调控等功能,还具有地图操作、定位导航、空间数据采集以及信息管理等功能。系统于2007年在江苏省吴江市的水稻生产区进行了示范应用,结果表明,精确管理田块平均产量达9 196.9 kg/hm2,与常规管理田块相比,增产幅度达7.43%,并减少了氮肥投入7.5 kg/hm2,表现出明显的增产增收效果。系统的建立为农作物精确管理提供了新的服务载体,同时大大提高了精确农作技术的实用性。     

基于SOA的农田测绘成图系统的设计和实现

农田电子地图是实施精准农业的重要基础数据,但长期以来它的绘制都需要专业的测绘设备、制图软件和技术人员。因此,利用GPS,GPRS和服务器GIS等技术,设计和实现了基于面向服务的体系架构（SOA）的农田测绘成图系统。该系统包括数据层、构件层、服务层和应用层。前3层对外提供了一系列数据和功能服务,实现自动成图、影像底图和测绘成果下载等功能;而应用层作为这些服务的请求者,包括基于智能手机的农田测绘设备和地图数据管理系统,前者能够实现待测区域影像下载,测绘信息上传和成图结果预览等;后者为用户提供了浏览、查询和下载测绘数据的快捷途径。通过在北京小汤山国家精准农业示范基地的试用,该系统能完成大田、设施和果园等多种农田地物的快速测绘,形成农田电子地图。